近海超厚淤泥區深基坑內預制樁錘擊沉樁的施工

包希吉，羅述正，張志國，姜 坤，白曉宇（.中建八局第二建設有限公司，山東 青島 66000; .青島理工大學，山東 青島 66000）

隨著經濟與社會的不斷發展和城市現代化進程的不斷加快，城市用地日趨緊張，對于近海地區城市更為如此。回填近海灘涂區，成為近海城市解決城市化發展過程中土地緊張的方法之一。近海灘涂回填區多為含水豐富的松散軟弱砂礫層、淤泥土層等不良地質，在車庫預制樁基礎施工過程中，由于基坑開挖范圍內均為流塑狀淤泥質粉質黏土，提前施工預制樁再開挖土方時會將預制樁沖倒，造成大面積預制樁傾斜質量事故。本項目周邊工程地下室基礎預制樁施工出現大面積傾斜、偏位現象。

1 工程概況

青島幼兒師范高等專科學校（一期）工程位于膠州灣西岸、上合合作示范區，園區為近海灘涂、廢棄蝦池、鹽場回填而來。一期規劃用地 20.8 萬 m2，建筑面積 100 370 m2，建設內容包括食堂、中水處理站、女生宿舍、看臺、藝術演播中心、人防車庫、教學樓、藝術實訓樓、圖書館、行政樓、專業實訓樓等 14 個單位工程。本工程地下水位高，地下水受潮汐影響并存在承壓動水；淤泥質粉質粘土，飽和，成流塑狀態，該層在場地范圍內分布廣泛，揭露厚度4.30～8.80 m；粉質粘土，濕、軟塑～軟可塑；揭露層厚3.60～7.20 m，平均厚度 5.96 m。本工程支護樁及錨桿、預制樁依次穿過超厚流塑狀淤泥質粉質黏土、粉質黏土達到中粗砂錨固層，采用支護樁和旋噴樁共同構建止水帷幕進行止水。

2 工程研究的方法

創新自動化在線監測系統＋應力釋放溝、應力釋放孔技術，在預制樁施工過程中時時對基坑支護結構進行變形、強度、穩定性自動化監測，通過監測數據及時了解施工現場的基坑支護變形，對基坑整體穩定與變形進行安全評估，分析產生變形的原因，及時反饋施工，調整施工步驟及應力釋放孔降水釋放應力，從而進一步確保施工安全。該技術在基坑土方開挖后在基坑四周設置應力釋放孔，將中粗砂層內的承壓水卸壓，預制樁施工的擠土效應被應力釋放孔釋放，從而解決了深基坑內的預制混凝土樁施工極易引起擠土效應，而造成基坑支護坍塌即所謂的“包餃子”現象，也保證了預制樁的施工質量。研制了一種預制樁樁頂水平位移及樁身應力聯合測試方法應用于預制樁施工過程。同時依托安裝測斜樁試驗分析了開挖卸荷對土體位移的大小及變化速率的影響，通過理論計算驗證淤泥質土預制樁開挖施工方法，選擇最佳的淤泥質土開挖方案。

（1）依托安裝測斜樁試驗分析了開挖卸荷對土體位移的大小及變化速率的影響，根據樁周土體的位移變化規律量化分析了開挖卸荷對預制樁的影響，通過理論計算驗證淤泥質土預制樁開挖施工方法。

（2）采用基坑圍護結構自動化在線監測系統，不僅實現了連續、實時、在線監測，及時預報警提醒，及時掌握支護結構在深基坑預制樁施工過程及土方開挖過程的運行狀況和安全狀況。

（3）創新在坑底四周設置應力釋放溝、應力釋放孔，在預制樁施工的同時完成應力釋放，解決了錘擊沉樁造成的擠土效應、振動沖擊對支護結構的影響難題。研制了一種預制樁樁頂水平位移及樁身應力聯合測試方法，能更準確、更全面、更方便的得出預制樁的水平位移，并通過埋設FBG傳感器同時得到樁身的應力分布。

3 施工工藝流程

3.1 清槽和局部土方開挖

通過支護樁上安裝測斜儀試驗設置的 6 個測點可以看出隨著埋深的增加位移的變化曲線如下圖，其中穿插每一標號分別在 4 m、6 m、7 m、7.5 m、8 m 時隨著時間位移的變化曲線圖，第一天測點數據是測斜儀初始偏移，以后每天測的位移都要減去第一天的位移，得到最終土的滑動位移。取一個特征點來代表。

開挖面下 4 m 內位移變化比較明顯，受卸土及施工影響較大，開挖面下 4 m 外受外界的影響較小主要是受基坑開挖的影響，4 m 以下土體的位移較小，基本不變。其中在 4 m、6 m、7 m、7.5 m、8 m 時從第 4 d 標號到第 25 d 標號 2、4、6 偏移的大體規律是一樣的，1、3、5 的規律也是一樣的。從第4 d 標號到第 25 d 這些標號的數據顯示都是 4 m，6 m 的時候變化明顯，然后逐漸趨于穩定，到 8 m 的時候位移基本不變，大致為 0。

以上曲線表明，隨著基坑的開挖，土體會發生位移，對土體的影響深度在 8 m 的范圍內，0～6 m 時隨著開挖深度，土體受開挖到影響較大，發生的位移較大，6 m 以后逐漸趨于穩定，到 8 m 時基本穩定，土體的開挖對其影響較小。

（1）理論計算：通過選用的機械設備，反推預制樁在清槽、集水坑、中水處理站等局部坑中坑開挖過程中，不因土方開挖而造成樁基傾倒。

綜上可得 21 t 的挖掘機的最小回轉半徑為 3.5 m，挖掘機的等效荷載為 6.34 kPa，若土方車外側輪距離基坑坡頂線3.5 m，則汽車的等效荷載為 8.4 kPa，由于汽車和挖掘機不能同時作用在一個則嵌巖深度為 Ld=1.5 b 即可滿足要求。施工機械包括滿載的大型挖掘機和土方車，配合淤泥質土中作業鋼板，尺寸為 6 000 mm×2 000 mm×20 mm；花紋鋼板尺寸為 4 000 mm×2 000 mm×5 mm 進行鋪路。即可滿足要求。

本項目施工挖掘機采用采用大型 300 型反鏟挖掘機，260 型長臂挖掘機，小型 60 挖掘機。運土車采用前四后八土方渣土車，配備小型農用車進行應急配合。

（2）確定開挖順序.開挖順序為 1-1、2-1、1-2→2-2、1-3、2-3→1-4、2-4、1-5→2-5、1-6、2-6→1-7、2-7→1-8，兩臺挖機同時施工，開挖順序如圖 1。

圖1 土方開挖順序圖

3.2 施工準備

在支護樁施工完成后，在冠梁上安裝靜力水準儀、傾角傳感器。在支護樁施工時在樁身上安裝測斜儀，土方開挖后在錨桿上安裝錨力計。

3.3 應力釋放溝、應力釋放孔施工

（1）為了保證人防車庫預制工程方樁施工過程中減弱擠土效應，滿足應力釋放要求，在車庫冠梁內側四周布置應力釋放孔，應力釋放孔直徑 300 mm，間距 1 000，居中放置直徑 50 的 PVC 塑料管，塑料管與孔壁間填充粗砂，塑料管外露 300，應力釋放溝寬 1 m，深 1.5 m，如下圖所示；應力釋放孔設置深度同工程樁，應力釋放孔深度為 13.5 m。如圖 2 應力釋放孔、應力釋放溝示意圖所示。

圖2 應力釋放孔、應力釋放溝示意圖

（2）施工步驟。平整基坑四周 3 m 范圍內淤泥質土—應力釋放溝開挖修正—排除積水—鉆機就位—成孔同時安裝 PVC（四周打孔）塑料管并在塑料管周圍灌注粗砂—鉆機移位—施工結束后清理現場。

施工時需注意：①應力釋放孔施工時采用隔三打一的跳打方式，進行轉圈施工，嚴謹順序依次打孔，打出來的應力釋放孔及時進行安裝 PVC 管和灌砂處理。②由水文勘察報告得知，應力釋放孔穿過承壓水區域，會造成大量地下水噴出。沿基坑邊先開挖到比車庫墊層低 50 cm 的位置，先鋪設一圈石子，放置排水管有泥土進入堵塞。在將管壁開好孔的PVC-U波紋管沿溝放置，中間留出 11 個砌集水井的位置，等集水井砌筑完成，再在波紋管上覆蓋 850 mm 的石子濾水層。再回填砂礫土至 -2.61 m。在集水坑放置水泵抽水，確保打樁的擠壓水及時排掉。圖 3 為應力釋放孔、應力釋放溝詳圖。

圖3 應力釋放孔、應力釋放溝詳圖

（3）說明。應力釋放孔的施工應根據觀測成果及時進行調整，如施工后在沉樁過程中土體位移仍然大于報警值，則應在原有布局的基礎上增加孔數。原則為首先考慮在臨近施工區域的內排孔間再增加倍數的孔位，從而保證本次防護效果最大限度的經濟有效。

3.4 高強混凝土方樁施工與水平位移、樁身應力測試

車庫預制樁施工從中間分別向南、向北兩個方向進行施工，采用兩臺樁機同時從中間向兩側施打，施打過程中，先進行北區一臺樁機在分界處北側一排承臺樁的跳打施工，施工完北區分界處最南側一排承臺的預制工程樁施工后，再進行南區分界處最北一排承臺工程樁的施工，然后分別向北、南兩側依次施工，北區樁機完成后，因沒有坡道出坑，采用汽車吊吊裝出坑；南側樁機施工完成后在出土坡道出坑。

研制了一種預制樁樁頂水平位移及樁身應力聯合測試方法，能更準確、更全面、更方便的得出預制樁的水平位移，并通過埋設 FBG 傳感器同時得到樁身的應力分布，為預制樁的施工及樁基檢測提供依據。

3.5 基坑變形觀測

采用自動化基坑變形監測系統自開挖開始到預制樁施工完畢，實時進行變形觀測，監測系統通過智能節點將傳感器采集到的數據利用 4/5G 網絡實時發送到云平臺，實現即時預警、報警，監測數據經過統計和處理后自動生成相應的曲線和報表。通過檢測數據及時調整施工順序和應力釋放孔內排水保證支護結構穩定。

4 結 語

采用本方法有效解決了近海超厚淤泥區深基坑內預制樁在開挖過程中大面積傾倒、移位等施工難題，也解決了基坑內施工預制樁擠土效應對基坑支護的不利影響，間接起到了排水降水的作用，保證了預制樁施工質量。同時采用本工法可以實現錘擊送預制工程樁，保證垂直度，不必采取其他措施保證樁身及承臺的承載力問題。則可以加快施工進度及質量的完美結合，同時，節省了成本，節約礦產資源；節約輔助鋼材等。施工快捷、減少施工工序、縮短施工工期、減少單位成本,具有良好的社會經濟效益。